CARGAS ELÉCTRICAS EN REPOSO (2)

2. La ley de Coulomb
Aún cuando los fenómenos electrostáticos fundamentales eran ya conocidos en la época de Charles A. Coulomb (1736–1806), no se conocía aún la función en la que esas fuerzas de atracción y de repulsión variaban. Fue este físico francés quien, tras poner a punto un método de medida de fuerzas sensible a pequeñas magnitudes, lo aplicó al estudio de las interacciones entre pequeñas esferas dotadas de carga eléctrica. El resultado final de esta investigación experimental fue la ley que lleva su nombre y que describe las características de las fuerzas de interacción entre cuerpos cargados y en reposo (o con un movimiento muy pequeño).
Cuando se consideran dos cuerpos cargados (supuestos puntuales) y en reposo o con movimiento muy pequeño, la intensidad de las fuerzas atractivas o repulsivas que se ejercen entre sí es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa, dependiendo además dicha fuerza de la naturaleza del medio que les rodea. Como fuerzas de interacción, las fuerzas eléctricas se aplican en los respectivos centros de las cargas y están dirigidas a lo largo de la línea que los une.
2.1. La interpretación de la ley de Coulomb.
La expresión matemática de la ley de Coulomb es:
      (2.1)                            
en donde q1 y q2 corresponden a los valores de las cargas que interaccionan tomadas con su signo positivo o negativo, r representa la distancia que las separa supuestas concentradas cada una de ellas en un punto y
K es la constante de proporcionalidad correspondiente que depende del medio en que se hallen dichas cargas.
El hecho de que las cargas aparezcan con su signo propio en la ecuación anterior da lugar a la existencia de dos posibles signos para la fuerza Fe, lo cual puede ser interpretado como el reflejo de los dos tipos de fuerzas (atractivas y repulsivas) características de la interacción electrostática. Así, cargas con signos iguales darán lugar a fuerzas de signo positivo (y repulsivas), en tanto que cargas con signos diferentes experimentaran fuerzas de signo negativo (y atractivas). Consecuentemente, el signo de la fuerza en la ecuación (2.1) expresa su sentido atractivo o repulsivo.
La constante de proporcionalidad K toma en el vacío un valor igual a:
      
esa elevada cifra indica la considerable intensidad de las fuerzas electrostáticas. Pero además se ha comprobado experimentalmente que si las cargas q1 y q2 se sitúan en un medio distinto del aire, la magnitud de las fuerzas de interacción se ve afectada.
Así, por ejemplo, en el agua pura la intensidad de la fuerza electrostática entre las mismas cargas, situadas a igual distancia, se reduce en un factor de 1/81 con respecto de la que experimentaría en el vacío. La constante K traduce, por tanto, la influencia del medio.
Finalmente, la variación con el inverso del cuadrado de la distancia indica que pequeños aumentos en la distancia entre las cargas reducen considerablemente la intensidad de la fuerza, o en otros términos, que las fuerzas electrostáticas son muy sensibles a los cambios en la distancia r.
2.2. La ley de Newton y la ley de Coulomb.
La comparación entre la ley de Newton de la gravitación universal y la ley de Coulomb de la electrostática muestra la existencia entre ellas de una cierta analogía o paralelismo:

Esta analogía no supone una identidad entre la naturaleza de ambos tipos de fuerzas, sólo indica que los fenómenos de interacción entre cargas y los de interacción entre masas podrán ser estudiados y tratados de un modo similar. A pesar de esta analogía formal, existen algunas diferencias que cabe destacar. La primera se refiere al valor de las constantes G y K. El valor de G resulta ser mucho menor que el de K:

• G = 6,67 · 10⁻¹¹ unidades del SI
• K = 8,99 · 10⁹ unidades del SI (en el vacío)

Por tal motivo, las fuerzas entre cargas serán mucho más intensas que las fuerzas entre masas para cantidades comparables de una y otra magnitud. Además, las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas, mientras que las eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas en función de los signos de las cargas que interactúen en cada caso.

<< Anterior                Siguiente >>